煤胶质层测定温度调节装置的计算机控制程序

摘要

本发明涉及煤胶质层测定中温度调节的计算机控制程序。由温度传感器检测出来的讯号通过A/D转换和I/O接口输入计算机后计算出的煤样温度，然后通过PID计算得到控制量U_n，再经I/O接口及D/A转换电路变成0-10mA控制讯号输出，控制可控硅的导通角，以达到控制电炉功率及煤样温度始终跟随程序设定温度的目的。程序运行过程中，可显示出运行时间、温度设定值、煤样温度、环境温度、控制参数、控制输出、温度曲线等，使测定数据精确。

主权项

1.一种由计算机、接口电路、打印机、控制回路、电炉所组成的以数字方式和曲线方式显示并可存储、打印的煤胶质层测定温度调节装置的计算机控制程序，其特征在于：煤样温度W的升温规律是由计算机程序控制的，为了实现某一时刻对应于某一温度，采用了位置式比例、积分、微分控制算法，即位置式PID控制算法，其计算公式如下：$U_n=K{e}_n+K\frac{T}{T_i}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{e}_j+K\frac{T_d}{T}(e_n-e_{n-1})+U_o----\left(1\right)$ 其中： un——第n次采样时的控制量 uo——控制量的初始值 Wn’——第n次采样时被控参数的实际值 Gn——第n次采样时的设定值 en——第n次采样时的控制偏差值(en＝Gn－Wn)＋ en－1——前一采样周期时的控制偏差值 K——比例系数 Ti——积分时间 Td——微分时间 T——采样周期100293.1由公式(1)中的积分项：$S_n=K\frac{T}{T_i}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{e}_j----\left(2\right)$ 可以看出，若改变积分时间Ti，则对积分项Sn影响较大，又由于积分项Sn占控制量un的主要成份，则将对控制量产生影响，将公式(2)作如下变换：$S_n=K\frac{T}{T_i}\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{e}_j+K\frac{T}{T_i}{e}_n----\left(3\right)$ 由公式(3)可见，由于$K\frac{T}{T_i}\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{e}_j>>K\frac{T}{T_i}{e}_n,$ 所以按公式(3)计算，在n时刻改变积分时间Ti，对积分项Sn 的值几乎无影响，因而使控制量un不会产生异常的改变；实际上，Gn是根据运行时间计算出的应达到的温度值，即设定值；Wn是由温度传感器检测出来的讯号通过A/D转换和I/O接口输入计算机后计算出的煤样温度，然后通过PID计算得到控制量un，再经I/O接口及D/A转换电路变成0-10mA控制讯号输出，控制可控硅的导通角，以达到控制电炉功率及煤样温度始终跟随程序设定温度的目的；程序启动后，首先进行初始化，置入所需的P、I、D等初始数值，然后进行温度检测得到Wn，再进行PID计算；先根据运行时间计算出设定温度Gn及偏差值en，再判断en是否超限，对en加以限制，以防止电炉中负载电流过大，然后进行积分项计算，判断Sn是否超限，对Sn加以限制，以防止积分值过大产生积分饱和效应；然后计算控制量un，再把un送D/A转换地址单元，变成0-10mA电流讯号，控制可控硅导通角，将温度检测数据暂存缓冲区，以便显示温度曲线及实验结束时存盘保留；然后为下一次计算作准备，使en－1＝en；把实验过程中的有关数据送屏幕显示，判断是否要修改P、I、D参数，是否到采样时间；采样时间到后再看是否到实验结束时间，如没到则继续重新开始温度检测和PID计算，周而复始地重新执行；若实验结束时间到，则使控制量置零，即un＝0，切断控制回路的输出，整个实验停止；这时可将数据缓冲区的数据结果以文件的方式存储在磁盘上，以备查看，也可以将数据用打印机打印出来；查看数据时，既能以数据方式查看，也能以曲线方式查看。